Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 24534
글쓴 사람
정성태 (techsharer at outlook.com)
홈페이지
첨부 파일
(연관된 글이 1개 있습니다.)
(시리즈 글이 7개 있습니다.)
Math: 15. 그래프 그리기로 알아보는 뉴턴-랩슨(Newton-Raphson's method)법과 제곱근 구하기 - C#
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/10911

Math: 53. C# - 행렬식을 이용한 최소 자승법(LSM: Least Square Method)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11918

Math: 54. C# - 최소 자승법의 1차 함수에 대한 매개변수를 단순 for 문으로 구하는 방법
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11919

Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11921

Math: 56. C# - 그래프 그리기로 알아보는 경사 하강법의 최소/최댓값 구하기
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11923

Math: 57. C# - 해석학적 방법을 이용한 최소 자승법
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11924

Math: 58. C# - 최소 자승법의 1차, 2차 수렴 그래프 변화 확인
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11936




C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method)

지난 글에서,

C# - 행렬식을 이용한 최소 자승법(LSM: Least Square Method)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11918

최소 자승법(최소 제곱법)을 이용해 1차 함수로 근사하는 것을 봤는데요, 이를 2차, 3차,...로 확장하는 것은 다음과 같이 매우 쉽습니다.

다항식(Polynomial): aXn 형식의 항들의 합으로 구성된 식
a: 계수(Coefficient)
X: 변수(Variable)
n: 지수(Exponent)

θ0 + θ1x1 + θ2x12 = y1
θ0 + θ1x2 + θ2x22 = y2
...
θ0 + θ1xn + θ2xn2 = yn



θ0 + θ1x1 + θ2x12 + θ3x13 = y1
θ0 + θ1x2 + θ2x22 + θ3x13 = y2
...
θ0 + θ1xn + θ2xn2 + θ3x13 = yn



따라서 행렬을 사용하는 경우 그냥 늘어나는 방정식의 계수만큼 행을 추가해 의사역행렬을 구한 후 연산하면 매개변수를 구할 수 있습니다.

private static double[] GetPolynomial(double[] xData, double[] yData, int numberOfEfficient)
{
    Matrix<double> matA = CreateMatrix.DenseOfColumnMajor(xData.Count(), 1, xData);
    Vector<double> add1 = Vector<double>.Build.DenseOfArray(Enumerable.Repeat(1.0, xData.Count()).ToArray());
    matA = matA.InsertColumn(1, add1);

    for (int i = 1; i < numberOfEfficient; i++)
    {
        double[] newColumnData = xData.Select((elem) => Math.Pow(elem, i + 1)).ToArray();
        Vector<double> addX = Vector<double>.Build.DenseOfArray(newColumnData);
        matA = matA.InsertColumn(0, addX);
    }

    Console.WriteLine(matA);
    Matrix<double> matB = CreateMatrix.DenseOfColumnMajor(yData.Count(), 1, yData);

    Matrix<double> pinvMatA = matA.PseudoInverse();
    Console.WriteLine(pinvMatA);

    Matrix<double> matX = pinvMatA * matB;
    return matX.AsColumnMajorArray();
}

[파란색 - 1차 함수, 빨간색 - 2차 함수, 노란색 3차 함수]
lsm_polynomial_1.png

일반적으로 차수가 올라갈수록 (과적합의 문제가 발생할 수 있지만) 오류는 더 적어집니다. 확인을 위해 간단하게 다음과 같이 작성해 보면,

private static void ReportError(double[] xData, double[] yData, Func<double, double> func)
{
    double error = 0.0;

    for (int i = 0; i < xData.Length; i ++)
    {
        double diff = yData[i] - func(xData[i]);
        error += (diff * diff);
    }

    Console.WriteLine("Error: " + error);
}
/*
1차: Error: 19086.9489618992
2차: Error: 6555.72459287144
3차: Error: 5038.32058563331
*/

1차에 비해 2차에서 두드러지게 오류가 낮아지는 것을 볼 수 있습니다. 따라서 이런 경우 효율을 고려한다면 2차 함수를 사용하는 것이 좋은 선택일 수 있습니다.

(첨부 파일은 이 글의 예제 코드를 포함합니다.)




지난 글에서 행렬 라이브러리를 직접 사용하지 않고 1차 근사식에 대한 매개 변수를 구하는 방법을 알아봤는데요,

C# - 최소 자승법의 1차 함수에 대한 매개변수를 단순 for 문으로 구하는 방법
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11919

말 그대로 연립 방정식이므로 가우스 소거법을 이용해 매개 변수를 구하는 것도 가능합니다. 코드가 눈에 잘 안 들어오지만 어차피 복붙으로 써야 하는 것이라 큰 문제는 안 될 것입니다. ^^

Linear Equation Solver - Gaussian Elimination (C#)
; https://www.codeproject.com/Tips/388179/Linear-Equation-Solver-Gaussian-Elimination-Csharp

Gaussian elimination
; https://rosettacode.org/wiki/Gaussian_elimination#C.23

Solve a system of equations with Gaussian elimination in C#
; http://csharphelper.com/blog/2014/10/solve-a-system-of-equations-with-gaussian-elimination-in-c/

[C#/WINFORM] 다항식 최소 제곱법(Polynomial Least Squares Method) 사용하기
; https://icodebroker.tistory.com/5580




[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]

[연관 글]






[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 9/2/2021]

Creative Commons License
이 저작물은 크리에이티브 커먼즈 코리아 저작자표시-비영리-변경금지 2.0 대한민국 라이센스에 따라 이용하실 수 있습니다.
by SeongTae Jeong, mailto:techsharer at outlook.com

비밀번호

댓글 작성자
 




... 136  [137]  138  139  140  141  142  143  144  145  146  147  148  149  150  ...
NoWriterDateCnt.TitleFile(s)
1630정성태2/5/201422827개발 환경 구성: 216. Hyper-V에 올려진 윈도우 XP VM에서 24bit 컬러 및 ClearType 활성화하는 방법
1629정성태2/5/201432642개발 환경 구성: 215. DOS batch - 하나의 .bat 파일에서 다중 .bat 파일을 (비동기로) 실행하는 방법 [1]
1628정성태2/4/201433963Windows: 87. 윈도우 8.1에서 .NET 3.5 설치가 안된다면? [2]
1627정성태2/4/201429022개발 환경 구성: 214. SQL Server Reporting Services를 이용해 간단한 리포트 제작하는 방법
1626정성태2/4/201421033Windows: 86. 윈도우 8.1의 Skydrive 내용이 동기화가 안된다면?
1625정성태2/2/201428202.NET Framework: 422. C++과 C#의 Event 공유파일 다운로드1
1624정성태2/2/201423820.NET Framework: 421. ASP.NET에서 Server.CreateObject와 COM Interop 클래스 생성의 차이점
1623정성태2/1/201428567개발 환경 구성: 213. x86/x64별로 나뉘어진 어셈블리를 한 프로젝트에서 참조하는 방법 [1]파일 다운로드1
1622정성태1/31/201429061VC++: 74. 어떤 것을 쓰면 좋을까요? wvnsprintf, _vsnwprintf_s, StringCbVPrintfW [4]
1621정성태1/31/201420865.NET Framework: 420. 베트남의 11학년(한국의 고2)이 45분만에 푼다는 알고리즘 문제파일 다운로드1
1620정성태1/30/201430679.NET Framework: 419. C# - BigDecimal파일 다운로드1
1619정성태1/30/201427443VS.NET IDE: 85. T4를 이용한 INotifyPropertyChanged 코드 자동 생성파일 다운로드1
1618정성태1/29/201443110Linux: 2. 우분투에서 Active Directory 계정을 이용한 파일 공유
1617정성태1/29/201424249.NET Framework: 418. Thread.Abort 호출의 hang 현상 [1]
1616정성태1/29/201424943디버깅 기술: 63. windbg 디버깅 사례: AppDomain 간의 static 변수 사용으로 인한 crash
1615정성태1/29/201426861.NET Framework: 417. WPF WebBrowser 컨트롤에서 SHDocVw.IWebBrowser2 인터페이스를 구하는 방법 및 순수 WPF 웹 브라우저 컨트롤 소개
1614정성태1/29/201423812.NET Framework: 416. System.Net.Sockets.NetworkStream이 Thread-safe할까?파일 다운로드1
1613정성태1/29/201425869.NET Framework: 415. IIS 작업자 프로세스 재생(recycle)하는 방법 [1]
1612정성태1/29/201422591오류 유형: 219. IIS 500 Internal Server Error - Skydrive에 공유된 경우
1611정성태1/27/201454008.NET Framework: 414. C# - 컴퓨터에서 알아낼 수 있는 고윳값 정리 [3]파일 다운로드1
1610정성태1/26/201437949.NET Framework: 413. C# - chromiumembedded 사용 [11]파일 다운로드1
1609정성태1/26/201420968오류 유형: 218. wsDualHttpBinding + Windows Server 2003인 경우 발생하는 오류
1608정성태1/26/201426280.NET Framework: 412. HttpContext.Current를 통해 이해하는 CallContext와 ExecutionContext [4]
1607정성태1/26/201426217.NET Framework: 411. 유니코드의 "compatibility character"가 뭘까요? [4]파일 다운로드1
1606정성태1/25/201424292오류 유형: 217. 델 베뉴 스타일러스 관련 업데이트 오류 - 5830_Firmware_X267N_WN_1.0.4.1_A01.EXE
1605정성태1/23/201421194개발 환경 구성: 212. Visual Studio Online과 "Monaco" 서비스 연동
... 136  [137]  138  139  140  141  142  143  144  145  146  147  148  149  150  ...